Chipy narządowe mogą przyspieszyć badania

Piotr Kallalas
opublikowano: 17-05-2017, 00:00

W wielu laboratoriach w Stanach Zjednoczonych i Europie prowadzone są intensywne badania nad mikrostrukturami wykorzystywanymi jako modele ludzkich narządów. W grę wchodzi nie tylko rozwój nauki i postęp medycyny, ale także oszczędności koncernów farmaceutycznych. O możliwościach zastosowania chipów narządowych informuje „Nature Medicine”.

Ten artykuł czytasz w ramach płatnej subskrypcji. Twoja prenumerata jest aktywna

Świat nauki i przemysłu, zwłaszcza branża farmaceutyczna wypatrują rewolucyjnych zmian, jakie mają nadejść wraz z nową technologią tzw. chipów narządowych (ang. an organ-on-a-chip, OC). Wynalazek ma wpłynąć szczególnie na proces testowania nowych leków. 

Wspomniane chipy to niewielkie układy, które umożliwiają tworzenie wysoce wyspecjalizowanych biologicznych struktur. Posiadają komórki ludzkich narządów, które są umiejscowione na tworzywie sztucznym w specjalnie wyżłobionych kanałach. Komórki pokrywają przestrzeń i stwarzają struktury narządów. W zależności od narządu, kanały umożliwiają przepływ różnych substancji, np. krwi czy powietrza. 

W ostatnim czasie głośno było o wyprodukowanym przez harvardzki Wyss Institute „sercu na chipie”, zawierającym w pełni funkcjonalną tkankę mięśniową. Powstały już także chipy o biostrukturze wątroby czy płuc. 

Wyjątkowe korzyści dla farmacji

Z punktu widzenia farmacji istotna jest możliwość wprowadzania substancji chemicznych do nowej biostruktury. Można to bowiem wykorzystać w przebiegu badania klinicznego innowacyjnych związków, czyli testowania przyszłych leków. Szczególnie ważne są analizy toksyczności i dawkowania, co zostało sprawdzone w nerce na chipie, stworzonej przez naukowców z University of Washington w Seattle. Model ten pozwala na analizę farmakokinetyki substancji badanej, procesu filtracji i wydalania przez nerki oraz ocenę potencjalnej nefrotoksyczności. 

Sama technologia OC wymaga udoskonalenia, a następnie produkcyjnego rozwinięcia, ale jej potencjał może być w stosunkowo szybkim czasie rozpowszechniony. Z pewnością modele narządowe nie zastąpią od razu fazy badań klinicznych na zwierzętach, mogą natomiast stanowić ich początkowy etap. 

Idea jest prosta: podczas wstępnej, chipowej analizy eliminowane są groźne bądź nieskuteczne substancje. Zanim więc lek zostałby poddany testom na zwierzętach, byłby „przepuszczany” przez chipy, gdzie następowałaby wstępna selekcja. Jeśli badana substancja już na tym etapie wywierałaby szkodliwe działanie na tkanki, nie zostałaby skierowana do dalszej analizy, co wiązałoby się z dużymi oszczędnościami dla koncernów farmaceutycznych. Wyłączenie substancji szkodliwych z badań na zwierzętach oznaczać będzie także zmiany natury bioetycznej. Obecnie nawet 30 proc. badanych substancji jest odrzucanych w klinicznej fazie badań z powodu złych wyników. 

Równolegle są prowadzone badania porównujące efektywność chipów ze skutecznością hodowli tkankowych. Jedną z zalet nowej metody jest możliwość tworzenia bardziej zaawansowanych, przestrzennych struktur. 

Technologia chipów wzbogaconych o ludzkie komórki daje również możliwość badania sposobów dozowania i ustalania dawki leków. Obecna praktyka do początkowych analiz wykorzystuje zwierzęta, których tkanki nie zawsze w pełni odpowiadają tkankom ludzkiego organizmu. Chipy narządowe miałyby być realnym wsparciem na tym polu. 

Biotechnologiczne przyspieszenie

Wyjątkowość wynalazku jest bezsporna, pozostają jednak bariery i problemy, które są wyzwaniami przyszłości. Jak informuje Ivan Rusyn z Texas A&M University, obecnie chipy narządowe nie współgrają np. z barwnikami fluorescencyjnymi, które niekiedy są niezbędne do dokładnego śledzenia toksycznego działania substancji na komórki. 

Kolejnym problemem jest wydajność produkcji chipów. Jest to proces wymagający wysokospecjalistycznego sprzętu i warunków, a co za tym idzie standaryzacji. Dużym utrudnieniem wydają się także zasoby linii komórkowych — nie wszystkie wywodzą się bowiem z hodowli z linii nieśmiertelnych. Obecnie jest opracowywana metoda pracy na dostępnych liniach komórek macierzystych. 

Firmy farmaceutyczne i kosmetologiczne na całym świecie współpracując z prywatnymi ośrodkami próbują rozwiązać powyższe problemy. W Stanach Zjednoczonych poczyniono pewne kroki na szczeblu centralnym, by ustandaryzować proces tworzenia chipów narządowych i przyspieszyć wdrażanie nowej technologii przez przemysł. Z inicjatywy Narodowych Instytutów Zdrowia powołano program Tissue Chip for Drug Screening, wspierający rozwój tej gałęzi inżynierii biomedycznej. Wraz z organizacją IQ Consortium (zrzeszającą podmioty biotechnologiczne i farmaceutyczne z całego świata) rozpoczęto rozmowy z firmami, aby maksymalnie usprawnić i ujednolicić działania badawcze. Obecnie ustanawia się standardy dotyczące technik produkcji, składu czy metodologii testów związanych z badaniem toksyczności. Na razie zaproponowano standardy dotyczące chipów narządowych nerki, wątroby i serca. 

Na naszych oczach zmieniają się praktyki badań klinicznych. Czas pokaże, jak szybko innowacje tworzone przez ośrodki badawcze zostaną wykorzystane w przemysłowej produkcji leków. 

Źródło: http://www.nature.com/nm/journal/v23/n2/full/nm0217-138.html

Źródło: Puls Medycyny

Podpis: Piotr Kallalas

Najważniejsze dzisiaj
× Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z Polityką Plików Cookies. Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do plików cookies w Twojej przeglądarce.